Principes et applications de l’optogénétique en neuroscience

Abstract

Numerous achievements in biology have resulted from the evolution of biophotonics, a general term describing the use of light in the study of living systems. Over the last fifteen years, biophotonics has progressively blended with molecular genetics to give rise to optogenetics, a set of techniques enabling the functional study of genetically-defined cellular populations, compartments or processes with optical methods. In neuroscience, optogenetics allows real-time monitoring and control of the activity of specific neuronal populations in a wide range of animal models. This technical breakthrough provides a new level of sophistication in experimental approaches in the field of fundamental neuroscience, significantly enhancing our ability to understand the complexity of neuronal circuits.

Potentiel thérapeutique de la neuromodulation optogénétique

“…Dans le domaine des neurosciences expérimentales, cette technologie est principalement utilisée pour observer et contrôler (exciter ou inhiber) l'activité de populations neuronales spécifiques [2] ( §).…”

“…La photoactivation de ce canal par la lumière bleue produit l'apparition quasi instantanée d'un courant transmembranaire dépolarisant. Exprimée en quantité suffisante dans une cellule nerveuse, la channelrhodopsine permet de déclencher l'émission de potentiels d'action à l'aide d'impulsions lumineuses avec une précision temporelle de l'ordre de la milliseconde [2] ( §). D'autres rhodopsines microbiennes qui jouent le rôle de pompes ioniques activées par la lumière verte ou jaune (halorhodopsines, archéorhodopsines et bactériorhodopsines) sont au contraire utilisées pour inhiber l'activité neuronale par hyperpolarisation de la membrane plasmique.…”

La chirurgie au secours des addictions

“…Ceci ne reflète ainsi ni les conditions dans lesquelles le comportement toxicomaniaque émerge ni les altérations comportementales proprement pathologiques de ce trouble. Cette étude remarquable dissèque néanmoins les mécanismes induits par la stimulation profonde en utilisant l'optogénétique [46] (➜) mais il est probable que ces mécanismes ne soient pas généralisables à la stimulation profonde appliquée à d'autres structures céré-brales, et notamment au noyau sous-thalamique (NST). À ce jour, les études conduites chez le rat, associées aux quelques cas cliniques observés, ne permettent donc pas de conclure avec certitude à un effet bénéfique …”

Neurosciences modernes : avec ou sans l’optogénétique ?

“…Pour cela, les neurosciences expérimentales et cliniques reposent sur le développement de techniques futuristes, parfois dignes des meilleurs romans de science-fiction, dont fait partie l' optogénétique. Ce numéro de médecine/sciences et le suivant publient deux articles résumant les détails et applications de l'optogénétique en neurosciences [3,4]. Brièvement, l'optogénétique englobe des technologies de biophotonique qui ont pour but de visualiser ou de contrôler l'activité de cellules excitables, comme les neurones, chez l'animal de laboratoire (poisson zèbre, C. elegans, souris, rat, singe) [5][6][7].…”